بررسی شیپوره آیرواسپایک تقارن محوری

نوع مقاله: مقاله مستقل

نویسندگان

1 کارشناس ارشد مهندسی هوافضا، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

2 استادیار، دانشگاه شهید بهشتی، تهران، ایران

3 کارشناس ارشد مهندسی هوافضا، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران

چکیده

شیپوره‌های آیرواسپایک یکی از انواع شیپوره‌های همگرا -واگرا بوده که در مقایسه به شیپوره‌های همگرا –واگرای مرسوم دارای مزایا و معایبی است. این نوع از شیپوره ها دارای بازدهی بیشتر در مقایسه با شیپوره‌های مرسوم استفاده شده در سامانه های پیشرانش فضایی است. همچنین قابلیت استفاده به عنوان پیشرانش برداری از دیگر مزایای این نوع شپیوره‌ها است. از معایب این نوع شیپوره‌‌ها می‌توان به وزن بیشتر و نیاز به خنککاری اشاره کرد. در پژوهش حاضر با هدف بررسی کاهش وزن از طریق بریدن طول شیپوره و نیز بررسی توزیع دما روی آن یک شیپوره آیرواسپایک تقارن محوری مورد بررسی قرارگرفت. این شیپوره با استفاده از ایجاد یک شبکه سازمان یافته و با استفاده از روش k-ε مورد بررسی قرارگرفت. تحلیل صورت گرفته با توجه به تأثیر تغییر فشار روی جریان با اعمال تغییر نسبت فشار از 2 تا 50 در دوطرف شیپوره انجام شد. در نهایت برای مطالعه اثر کاهش طول توپی در چهار حالت برش خورده مختلف مورد بررسی قرار گرفت. برای شبیه‌سازی این بخش از نسبت فشار 10 استفاده شد. نتایج بیانگر تغییرات جریان در اثر کاهش طول توپی بوده به صورتی که در صورت برش بیش از 40 درصد توپی، جریان دچار تغییرات کلی می‌گردد. از سوی دیگر افزایش فشار تا حدود 10 بار باعث کاهش دما تا حدود 740 کلوین در بخش وسیع تری از ایرواسپایک می شود. این در حالیست که افزایش بیشتر فشار بر روی کاهش دما اثر چندانی ندارد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Gloyer PW, Lewis TS, Taylor RZ (2014) ACE: Practical SSTO, AIAA Space 2014 Conference, 4401, Washington, D.C.

[2] Lara Lash E (2015) Trajectory analysis and comparison of a linear aerospike nozzle to a conventional bell nozzle for SSTO flight. Master Theses, University of Tennessee, Knoxville.

[3] Hall C, Panossian H (1999) X-33 attitude control using the XRS-2200 linear aerospikeengine. 35th Joint Propulsion Conference and Exhibit, Joint Propulsion Conferences, Los Angeles, CA, USA.

[4] Mankins JC (1998) Lower Cost for highly reusable space vehicles. AIAA J 36(3): 36-44.

[5] Dorrington GE (1999) The possibility of near-    term commercial single-stage-to-orbit          vehicles. 35th Joint Propulsion Conference and Exhibit, AIAA/ASME/SAE/ASEE, Los Angeles, CA, USA.

[6] Geron M, Paciorri R, Nasuti F, Sabetta F (2007) Flowfield analysis of a linear clustered plug nozzle with round-to-square modules. aerosp sci technol 11: 110-118.

[7] hui WC, Yu L, Yurrfei L (2006) Studies on aerodynamic behavior and performance of aerospike nozzles. Chinese J Aeronaut 19(1).

[8] Shanmuganathan VK, Gayathri N, Kabilan S, Umanath K (2015) Comparative study on performance of linear and annular aero-spike nozzles. Aust J Basic Appl Sci 9(11): 883-892.

[9] Wang CH, Liu Y, ZiQin L (2009) Aerospike nozzle contour design and its performance validation. Acta Astronom 64: 1264-1275.

[10] Verma SB (2009) Performance characteristics of an annular conical aerospike nozzle with freestream effect. J Propul Power 25(3).

[11] Mizukakia T, Watabe S (2016) Visualization of stagnation point inside the closed wake of a 20%-truncated plugnozzle at starting process. Aerosp Sci Technol 50: 25-30.

[12] عزیزی س، عدمی م، فولادی ن (1391) تحلیل و بررسی اثرپذیری ضریب تراست از جریان جانبی در شیپوره‌های آیرواسپایک خطی. همایش ملی مهندسی مکانیک.

[13] Eilers SD, Wilson MD, Whitmore SA, Peterson ZW (2010) Analytical and experimental evaluation of aerodynamic thrust vectoring on an aerospike nozzle. 46th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Joint Propulsion Conferences.

[14] حیدری م، ولی‌زاده ا، رضوان دوست م (1396) طراحی نازل اسپایک ومقایسه مدلهای آشفتگی برای شبیه سازی عددی میدان جریان آن در شرایط طراحی و خارج طرح. مجله مهندسی مکانیک مدرس 200-190 :(6)17.

[15] Wang Y, Qin L, Liu Y, Liao Y, Wang C (2012) Cold-flow experimental studieson performance of  the tile-shaped aerospike nozzles. 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, Cincinnati, OH, AIAA 2007-5477.

[16] Tomita T, Takahashi M, Tamura H (1997) Flow field of clustered plug nozzles. AIAA J 97-32.

[17] Sanoob SN, Prince MG, Sundar B (2013) Numerical analysisof aero-spike nozzlefor spike length optimization. IJRET 1(6): 1-14.